CN109476289A - 对最大附着极限的确定 - Google Patents

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CN109476289A CN201780045430.7A CN201780045430A CN109476289A CN 109476289 A CN109476289 A CN 109476289A CN 201780045430 A CN201780045430 A CN 201780045430A CN 109476289 A CN109476289 A CN 109476289A
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Abstract

轮胎(100)在地面(105)上运转。用于确定轮胎(100)与轮胎滚动的地面(105)之间的在轮胎(100)的纵向方向(120)上的附着极限(μmax)的方法包括以下步骤：检测轮胎(100)的瞬时的滑动(125)；检测轮胎(100)上的瞬时的纵向力；确定瞬时的附着系数(210)；用检测到的滑动(125)和瞬时的附着系数形成元组；并确定最大附着极限(μmax)。在此，如果滑动(125)低于预定的第一阈值(230)，就基于穿过该元组的起始直线(240)的斜率(mu)来确定最大附着极限(μmax)，或者如果滑动(125)在第一(230)和第二阈值(235)之间时，就基于穿过元组的切线斜率(mt)来确定，或者如果滑动(125)超过预定的第二阈值(235)，就直接基于瞬时的附着系数(210)来确定。

Description

对最大附着极限的确定
技术领域
本发明涉及对最大附着极限μmax的确定，最大附着极限指明是轮胎与地面之间可传递的最大力。
背景技术
机动车以四个轮胎在地面上行驶。如果在其中一个轮胎与地面之间有纵向力，尤其是加速力或制动力起作用，那么轮胎的圆周速度通常就不同于机动车的运动速度并且存在打滑情况。如果有横向力作用于轮胎上，例如当机动车拐弯时，那么轮胎的转动平面就不与轮胎的运动方向重合，并且存在不等于零的侧向侧偏角。横向力可以在两个方向上起作用，并且侧向侧偏角可以出现在转向的或者不转向的轮胎上。
滑动和侧向侧偏角可以总称为λ值。轮胎与地面之间可传递的最大力被称为附着极限并且通常与λ值和可能的最大的附着系数μmax相关。在此，λ值和附着系数μ之间的关系通常仅仅在部分范围内是线性的。如果轮胎与地面之间所要传递的力超过了附着极限，那么就将失去对机动车的控制。
DE 10 2012 217 772A1建议的是，最大附着极限关于针对λ值的两个不同的范围进行确定。如果λ值小的话，那么就把穿过由当前的λ值和当前的附着系数μ构成的元组的起始直线的斜率作为确定最大附着极限μmax的基础。而如果λ值大的话，那么就基于当前的λ值和切线的斜率的元组来确定最大力配合极限μmax。
发明内容
本发明中的一个任务在于，说明对可靠地确定最大附着极限的补充和更好的技术。所述任务通过独立权利要求的主题来解决。从属权利要求反映了优选的实施方式。
轮胎在地面上滚动。用于确定轮胎与地面之间的沿轮胎的在轮胎的纵向方向上的附着极限的第一方法包括以下步骤：检测轮胎的瞬时的滑动；确定瞬时的附着系数；由所检测到的滑动和瞬时附着系数形成元组；并从中确定最大附着极限。在此，如果滑动低于预定的第一阈值，那么就基于穿过该元组的起始直线的斜率来确定最大附着极限，或者如果滑动在第一和第二阈值之间，就基于穿过元组的切线斜率来确定，或者如果滑动超过预定的第二阈值，就直接基于瞬时的附着系数来确定。
已经发现，从一定的滑动起，附着系数关于滑动的特征曲线就具有可以忽略不计的斜率。因此在该范围内可以简化地执行对最大附着极限的确定。与公知的现有技术相反，可以将附着系数关于滑动的特征曲线分成三个部分而不是分成两个部分。因此可以实现对在DE 102012 217 772A1中公开的建议的直接改进。本发明被理解为该公开文本的直接改进方案。
在超过第二阈值的范围内，最大附着极限尤其是等同于瞬时的附着系数。由此可以取近似数，这对于大部分的目的而言是足够准确的，而且能够快速且高效地执行。避免了在这个范围内基于切线斜率所确定的特征曲线的斜率时可能产生的不准确性，由此在总体上提升了系数说服力的可靠性。
瞬时的附着系数可以作为直接测得的轮胎切向力和直接测得的轮胎法向力的商来确定。直接测量作用于轮胎上的切向力或作用于轮胎上的法向力通常并不麻烦，并且可能出于其他的原因已经在机动车上完成了。
在其他实施方式中，起作用的瞬时的附着系数也可以基于模型来确定。该模型尤其是可以包括计算模型，计算模型是基于机动车的偏航率、轮胎或其他轮胎的轮胎转速或者基于加速度来工作的。所提到的变量可以在传统的机动车上借助已经现有的传感器件来接收或确定，从而可以简单并准确地确定起作用的瞬时的附着系数。
在另外的实施方式中，确定作用于轮胎上的瞬时的纵向力，并且附着系数作为该纵向力和法向力的商来确定。
第一方法也可以套用在轮胎上的横向力上。用于确定轮胎与地面之间的在轮胎的横向方向上的最大附着极限的第二方法包括以下步骤：检测轮胎的瞬时的侧偏角；确定瞬时的附着系数；由所检测到的侧偏角和经确定的起作用的瞬时的附着系数形成元组；并且确定最大附着极限。在此，如果侧偏角低于预定的第一阈值，那么就基于穿过元组的起始直线的斜率来确定最大附着极限，或者如果侧偏角在第一和第二阈值之间，就基于穿过元组的切线斜率来确定，或者如果侧偏角超过预定的第二阈值，就直接基于起作用的瞬时的附着系数来确定。
第二方法的做法基本上等同于上述的第一方法，从而可以直接将变型方案或者实施方式替换，或者相应地在两种方法之间进行替换。也可以设置有用于通用地确定轮胎上的或者前后相继的在机动车的多个轮胎上的纵向指向和/或横向指向的力的方法。
在一种实施方式中，确定作用于轮胎上的瞬时的纵向力，并且将附着系数作为纵向力和法向力的商来确定。
用于确定轮胎与轮胎滚动的地面之间的在轮胎的纵向方向上的最大附着极限的第一设备包括用于检测轮胎的瞬时的滑动的第一端口；用于确定瞬时的附着系数的第二端口；以及被设立成用于由所检测到的滑动和被确定的附着系数形成元组并且确定最大附着极限的处理装置。在此，如果滑动低于预定的第一阈值，就基于穿过该元组的起始直线的斜率来确定附着极限，如果滑动在第一和第二阈值之间，就基于穿过元组的切线斜率来确定，或者如果滑动超过预定的第二阈值，就直接基于起作用的瞬时的附着系数来确定。优选地还设置有用于提供被确定的附着极限的另外的端口。
用于确定轮胎与轮胎滚动的地面之间在轮胎的横向方向上的附着极限的第二设备包括用于检测轮胎的瞬时的侧偏角的第一端口；用于确定瞬时的附着系数的第二端口；以及被设立成用于由检测到的侧偏角和被确定的附着系数形成元组并且确定最大附着极限的处理装置。在此，如果侧偏角低于预定的第一阈值，就基于穿过元组的起始直线的斜率来确定最大附着极限，如果侧偏角在第一和第二阈值之间，就基于穿过元组的切线斜率来确定，或者如果侧偏角超过预定的第二阈值，就直接基于起作用的瞬时的附着系数来确定。优选地还设置有用于提供被确定的附着极限的另外的端口。
这两个设备之间基本上等同，从而可以直接将变型方案或者实施方式替换，或者相应地在两种方法之间进行替换。也可以设置有用于通用地确定轮胎上的或者前后相继的在机动车的多个轮胎上的纵向指向和/或横向指向的力的方法。
这些端口可以分别例如作为电的、电子的、信息上的或者逻辑上的端口来实现。就所述方法而言适用的实施例和特征都可以用套用的方式也应用在所述设备上，并且反之亦然。其中任一个设备的处理装置尤其是可以包括可编程的微型计算机，其优选地被设立成用于执行其中一个所述方法的至少一部分。为了这个目的，各自的方法可以作为计算机程序产品来存在。
方法和设备可以被用于有利地确定各自的最大附着极限，从而可以提供用于评价行驶状态或者用于控制机动车的有价值的信息。例如，如果作用于轮胎上的力即将发生达到最大附着极限的危险，也就是当这些力与最大附着极限相比小于预定的尺度时，就可以发出警报。在其他的实施方式中，在相同的情况下可以控制机动车，以避免达到最大附着极限，例如通过将该轮胎或者其他轮胎制动或加速、改变转向角或者采取其他措施来避免。
机动车包括轮胎和上述的设备。通常，机动车包括多个轮胎，例如当是摩托车时包括两个轮胎，当是乘用车辆或者轻型商用车时是四个轮胎，当是较大的或者更重型的商用车时有四个或更多个轮胎。一起构成一个车轮的多重轮胎可以被视为一个轮胎。可以单独地对所有的或者其中一些现有的轮胎进行逐一的附着极限执行确定。正如所描述的那样，可以对相关的轮胎的在纵向方向上和在横向方向上的附着极限进行确定。
附图说明
现在参照附图更详尽地描述本发明的实施方式，其中：
图1示出地面上的轮胎；
图2示出轮胎的滑动或侧偏角与它的附着系数之间的特征曲线；
图3示出用于确定轮胎的最大附着系数的方法的流程图表；以及
图4示出用于确定最大附着系数的设备的示意图。
具体实施方式
图1用侧视图和俯视图示出了地面105上的轮胎100。轮胎100通常属于车轮；然而在本说明书中主要是谈轮胎100与地面105之间的摩擦特性，从而为了观察例如机动车的行驶特性所提及的轮胎100可以理解为车轮的同义词。
在侧视图中标明了圆周速度110和纵向速度115。纵向速度115沿着垂直于轮胎100的转动轴线的纵向方向120延伸，并且通常与地面105平行。速度110和115之间的差异产生了滑动125，滑动可以用s标记。
在俯视图中标明了转动平面130和运动方向135。转动平面130垂直于与轮胎100的转动轴线平行延伸的横向方向140。在转动平面130与运动方向135之间存在有侧偏角140，它可以用α标记。
与在纵向方向120上起作用的力相关的滑动125在轮胎100与地面105之间的附着系数方面表现的特性类似于与在横向方向140上起作用的力相关的侧偏角145所表现的特性。因此为了下文的阐述，用λ值150作为针对滑动125和侧偏角145的上位术语。因此，在纵向力和横向力方面可以以类似的方式实现基于起作用的瞬时的附着系数进行的对附着极限的确定。
图2示出了图表200，其具有在λ值150与在这里用μ标记的附着系数210之间的特征曲线205。特征曲线205可以分为紧接在起始部(λ＝0、μ＝0)的第一范围215、第二范围220和第三范围225。在第一范围215与第二范围220之间的是第一阈值230，并且在第二范围220与第三范围之间的是第二阈值235。
附着极限可以依赖于特征曲线205的斜率来确定。该斜率在三个区域215到225中是有区别的。在第一范围215内，斜率可以近似等于起始直线240的斜率，该起始直线延伸穿过起始部和205上的一个测量点。该测量点作为具有瞬时的λ值150的Y坐标和瞬时的附着系数210的X坐标的元组来给定。在第二范围220内能够更好地确定在该测量点上的切线245的斜率。为此也可以观察多个尽可能相互靠近的测量点。在第三范围225内，斜率可以简化地近似为常数。尤其地，附着极限可以等同于瞬时的附着系数210。
图3示出了用于确定轮胎100上的附着极限的方法300的流程图表。在步骤305中，确定轮胎100上或与之相关的机动车上的一个或者多个参数。在实施方式中，可以在时间点k确定瞬时的λ值、法向力Fz,k和轮胎纵向力Fl,k或轮胎侧向力Fs,k。在步骤310中，确定瞬时的附着系数μk(210)，例如作为被确定的切向力(即先前在纵向方向120或横向方向140上采样到的力)和法向力的商来确定。在其他的实施方式中，附着系数210也可以以其他的方式来确定，例如借助计算模型来确定。计算模型会要求确定机动车的偏航率、轮胎100或者其他轮胎的轮胎转速或者加速度。
紧接着，将所确定的λ值150在阈值230和235方面进行评估。在第一种情况315下，λ值150在第一范围215内，也就是在起始部与第一阈值230之间。在第二种情况320下，λ值150在第二范围220内，也就是在第一阈值230与第二阈值235之间。在第三种情况325下，λ值150超过第二阈值235。区域225可以在必要时用第三阈值255作为上限。当λ值150与其中一个阈值230、235相一致时，可以适当地限定它落在在哪个相邻的区域215-225内。
对于这三种情况315至325，用简图说明了各自的区域215至225关于特征曲线205的位置和对斜率m的确定。在第一种情况315下，确定起始直线斜率mu，并且在步骤330中，通过基于斜率mu的函数f1来确定附着极限μmax。在第二种情况320下，确定切线斜率mt，并且在步骤335中通过基于斜率mt的函数f2来确定附着极限μmax。在第三种情况下325下，斜率可以假定恒定，从而不需要确定。在步骤340中，附着极限μmax可以等同于瞬时的或当前的附着系数μk。
在最后的步骤345中可以提供经确定的附着极限μmax，以便例如可以对与轮胎100相关的机动车的行驶状态的观察结果或评估结果进行评估，或者执行对机动车或轮胎100的控制。
图4示出了示例性的用于确定被安装在机动车405上的任意轮胎100上的附着极限μmax的设备400的示意图。设备400包括处理装置410，它包括可编程的微型计算机，并且尤其是可以被设立成用于完全地或部分地执行方法300。此外，设备400还包括用于接受第一值的第一端口415、用于接受第二值的第二端口420和优选地还有用于提供被确定的附着极限μmax的第三端口。其中一些端口415、420和425也可能重合或者相互集成地实施。在实施方式中，针对端口415和420的两个值包括λ值150和附着系数μ210。在其他实施方式中，接受其他的值，用这些值如上述地可以确定λ值150和附着系数μ210。优选如上所述地在考虑到当前的λ值150是落在三个范围215至225的哪一个范围内的情况下实现对附着系数μmax的确定。
附图标记列表
100 轮胎
105 地面
110 圆周速度
115 纵向速度
120 纵向方向
125 滑动
130 转动平面
135 运动方向
140 横向方向
145 侧偏角
150 λ值(滑动或者侧偏角)
200 图表
205 特征曲线
210 附着系数
215 第一范围
220 第二范围
225 第三范围
230 第一阈值
235 第二阈值
240 起始直线
245 切线
250 常数
255 第三阈值(必要时作为255的上限)
300 方法
305 检测
310 确定瞬时的附着系数
315 λ在第一范围内
320 λ在第二范围内
325 λ在第三范围内
330 关于起始直线斜率确定最大附着系数
335 关于切线斜率确定最大附着系数
340 关于最大值确定最大附着系数
345 提供最大附着系数
400 设备
405 机动车
410 处理装置
415 第一端口
420 第二端口
425 第三端口

Claims (10)

1.用于确定轮胎(100)与所述轮胎(100)滚动的地面(105)之间的在所述轮胎(100)的纵向方向(120)上的附着极限(μmax)的方法(300)，其中，所述方法(300)包括以下步骤：检测(305)所述轮胎(100)的瞬时的滑动(125)；确定瞬时的附着系数(210)；用所检测到的所述滑动(125)和所述瞬时的附着系数(210)形成(310)元组；如果所述滑动(125)低于预定的第一阈值(230)，就基于穿过所述元组的起始直线(240)的斜率(mu)来确定(330)最大附着极限(μmax)，或者如果所述滑动(125)在第一(230)和第二阈值(235)之间，就基于穿过所述元组的切线斜率(mt)来确定(335)最大附着极限；其特征在于，如果所述滑动(125)超过预定的第二阈值(235)，就直接基于瞬时的附着系数(210)来确定最大附着极限(μmax)。
2.用于确定轮胎(100)与所述轮胎(100)滚动的地面(105)之间的在所述轮胎(100)的横向方向(140)上的最大附着极限(μmax)的方法(300)，其中，所述方法(300)包括以下步骤：检测(305)所述轮胎(100)的瞬时的侧偏角(145)；确定瞬时的附着系数(210)；用检测到的所述瞬时侧偏角(145)和所述瞬时附着系数(210)形成(310)元组；如果所述侧偏角(145)低于预定的第一阈值(230)，就基于穿过所述元组的起始直线(240)的斜率(mu)来确定(330)最大附着极限(μmax)，或者如果所述侧偏角(145)在第一(230)和第二阈值(235)之间，就基于穿过所述元组的切线斜率(mt)来确定(335)最大附着极限；其特征在于，如果所述侧偏角(145)超过预定的第二阈值(235)，就直接基于起作用的瞬时的附着系数(210)来确定(340)附着极限(μmax)。
3.根据权利要求1或2所述的方法(300)，其中，如果所述滑动(125)超过预定的第二阈值(235)，附着极限(μmax)就等同于瞬时的附着系数(210)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中，如果所述侧偏角(145)超过预定的第二阈值(235)，附着极限(μmax)就等同于瞬时的附着系数(210)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中，确定作用于轮胎(100)上的瞬时的切向力，并且所述瞬时的附着系数(210)作为所述切向力(140)和法向力的商来确定。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(300)，其中，附着系数(210)基于模型来确定(310)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(300)，其中，确定作用于轮胎(100)上的瞬时的纵向力，并且所述瞬时的附着系数(210)作为所述纵向力(120)和法向力的商来确定。
8.用于确定轮胎(100)与所述轮胎(100)滚动的地面(105)之间在所述轮胎(100)的纵向方向(120)上的最大附着极限(μmax)的设备(400)，其中，所述装置包括：用于检测所述轮胎(100)的瞬时的滑动(125)的第一端口(415)；用于检测瞬时的附着系数(210)的第二端口(420)；以及处理装置(410)，所述处理装置被设立成用于用检测到的滑动(125)和被确定的附着系数形成元组；并且如果所述滑动(125)低于预定的第一阈值(230)，就基于穿过所述元组的起始直线(240)的斜率(mu)来确定附着极限(μmax)，如果所述滑动(125)在第一(230)和第二阈值(235)之间时，就基于穿过所述元组的切线斜率(mt)来确定出附着极限(μmax)，或者如果所述滑动(125)超过预定的第二阈值(235)，就直接基于附着系数(210)来确定附着极限(μmax)；并且还包括用于提供被确定的最大附着极限(μmax)的另外的端口(425)。
9.用于确定轮胎(100)与所述轮胎(100)滚动的地面(105)之间在所述轮胎(100)的横向方向(140)上的附着极限(μmax)的设备(400)，其中，所述装置包括：用于检测所述轮胎(100)的瞬时的侧偏角(145)的第一端口(415)；用于检测瞬时的附着系数(210)的第二端口(420)；以及处理装置(410)，所述处理装置被设立成用于用检测到的侧偏角(145)和被确定的附着系数(210)形成元组；并且如果所述侧偏角(145)低于预定的第一阈值(230)时，就基于穿过所述元组的起始直线(240)的斜率(mu)来确定附着极限(μmax)，如果所述侧偏角(145)在第一(230)和第二阈值(235)之间时，就基于穿过所述元组的切线斜率(mt)来确定附着极限(μmax)，或者如果所述侧偏角(145)超过预定的第二阈值(235)时，就基于附着系数(210)来确定附着极限(μmax)；并且还具有用于提供被确定的附着极限(μmax)的另外的端口(425)。
10.机动车(405)，其具有轮胎(100)和根据权利要求8或9所述的设备(400)。
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